本發(fā)明提出一種氣固兩相流的濃度和速度的檢測裝置，在一個屏蔽罩上同時集成微波雷達(dá)傳感器和2個弧形電極，采用微波雷達(dá)傳感器測量粉料的濃度、采用互相關(guān)靜電法測量粉料的速度，實現(xiàn)在輸送管道的同一位置實時測量輸送粉料的濃度和速度，從而獲得更加精準(zhǔn)的粉料質(zhì)量流量，為粉料輸送系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和控制提供實時數(shù)據(jù)，且微波雷達(dá)傳感器以及弧形電極全部為非侵入式安裝，檢測時不干擾粉料流動，且傳感器無磨損問題，運(yùn)行維護(hù)量少，可廣泛用于電力、水泥、食品、化工等行業(yè)的氣固兩相流輸送過程的實時監(jiān)測。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于氣固兩相在線監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種氣固兩相流的濃度和速度的檢測裝置和方法。

背景技術(shù)

粉料的氣力輸送過程是一種復(fù)雜的氣固兩相流動過程，這一過程大量存在于各種工業(yè)生產(chǎn)流程。例如，燃煤熱電廠一次風(fēng)送粉，水泥的風(fēng)力管道輸送，食品廠面粉的氣力輸送、化工材料顆粒的輸送等。粉料在氣力輸送時用戶比較關(guān)心的兩個流動參數(shù)就是氣固兩相流的濃度和速度。以燃煤電廠一次風(fēng)送粉為例，磨煤機(jī)磨制的煤粉通過管道送達(dá)燃燒器噴入爐膛進(jìn)行燃燒，而一臺磨煤機(jī)一般同時分配給4根或者6根一次風(fēng)粉管，由于各管道內(nèi)的阻力不同，導(dǎo)致各個輸粉管道內(nèi)的煤粉濃度和速度不同，嚴(yán)重時濃度和速度偏差30％以上。而各個煤粉管道內(nèi)煤粉濃度和速度的偏差，可能造成輸粉管堵粉和斷粉，鍋爐燃燒中心火焰偏斜，從而產(chǎn)生諸多安全隱患。同時由于各個粉管風(fēng)粉分配不均使鍋爐燃燒效率下降，Nox的排放增加。因此，針對粉料或者顆粒濃度和速度的精確測量對生產(chǎn)過程控制、輸送效率提高、產(chǎn)品質(zhì)量保證、節(jié)能降耗以及流量計量都具有重要的意義。

目前，可用于粉料濃度和速度測量的技術(shù)很多，如激光、超聲、靜電、微波、核輻射、電容等。但是大多技術(shù)不夠成熟，或者結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價昂貴。而靜電傳感器由于結(jié)構(gòu)相對簡單，造價相對低廉，靈敏度高等優(yōu)點，近年來獲得了長足的發(fā)展。

靜電傳感器有兩種形式，分為侵入式電極和非侵入式環(huán)型電極兩種。其中侵入式電極一般采用金屬探棒，插入被測管道內(nèi)，雖然安裝方便，但是由于磨損較大，電極需要定期更換。而環(huán)型電極則采用與用戶管道內(nèi)徑相同的環(huán)型金屬電極，電極嵌入傳感器管道內(nèi)，雖然無電極磨損問題，但當(dāng)輸送管徑較大時(如燃煤電廠的一次風(fēng)管直徑通常為400mm以上)，傳感器造價很高，而且在對現(xiàn)有管道加裝傳感器時，需要割掉一段原先輸粉管道，然后再焊上帶有環(huán)型電極的管道傳感器，所以現(xiàn)場安裝施工量很大。

靜電法檢測粉料的原理是由金屬電極感應(yīng)氣力輸粉管內(nèi)粉體所帶的電荷信號，一般通過對電極感應(yīng)的電荷信號進(jìn)行濾波、放大及變換，利用靜電感應(yīng)信號的均方根RMS與粉料濃度呈正相關(guān)性，通過標(biāo)定獲得標(biāo)定曲線，從而推算出粉體濃度。

而速度的測量則是采用互相關(guān)原理來獲得，即通過被測管道上下游(距離S)兩個平行布置的環(huán)型靜電感應(yīng)電極取得的靜電信號，對它們進(jìn)行互相關(guān)系數(shù)峰值計算，從而獲得上下游兩個靜電電極信號的渡越時間(T)，這個渡越時間代表粉料從上游運(yùn)動到下游所用的時間，用距離(S)除以時間(T)可計算出粉料速度。

然而在實際應(yīng)用中，由于被測輸粉管道直徑較大，而環(huán)型電極安裝管道壁上，只有靠近電極部分的粉料才能被有效檢測，而管道中心絕大部分的粉料在環(huán)型電極上感應(yīng)出的電信號非常微弱，從而導(dǎo)致濃度測量的代表性誤差。事實上，粉體流動速度對靜電信號強(qiáng)度的影響較大，速度越高，靜電傳感器測得的靜電信號強(qiáng)度越大，但是粉體速度與靜電信號強(qiáng)度之間沒有明確的數(shù)學(xué)關(guān)系，因此，由于粉料速度變化造成的測量誤差很難消除；另外，粉料含水率是影響靜電傳感器濃度測量精度的重要因素，含水率越高，靜電傳感器測得靜電信號強(qiáng)度越小，從而給濃度的測量帶來較大誤差。上述測量誤差目前還沒有很好的解決方案，因此由靜電測量方法給出的濃度信號大多情況下只能作為一種濃度的趨勢反映，絕對測量誤差較大。

發(fā)明內(nèi)容